用于从电池浸出液和盐湖回收锂的正电荷纳米过滤膜：离子传输基础和模块性能
期刊名称：Advanced Functional Materials
DOI号：10.1002/adfm.202408685
本研究开发了一种新型的正电荷纳米过滤膜，用于从高盐度的盐湖卤水和电池浸出液中回收锂。
这种膜通过在传统的聚酰胺膜上涂覆富含铵基团的聚电解质来增强在高盐环境下对单价阳离子的选择性。
研究使用盐湖卤水和电池浸出液进行了超过8000次的离子排斥测量，证明了涂层膜能够在单次过滤阶段将盐湖中的镁浓度降至0.14%，并将电池浸出液中的锂纯度提升至98%。
该膜在酸性条件下能保持12周的稳定性。分子动力学分析揭示了铵基团在低pH下创造了一个静电屏障，选择性地阻碍多价阳离子的传输。
这一发现通过测量zeta电位、孔径大小和离子分配率得到了证实，表明基于电荷的多价阳离子排除是观察到的选择性提高的主要原因。
研究背景和意义
随着电池和电容器等能源存储技术的不断发展，对锂离子电池的需求预计每年将显著增长，这突显了可持续、可扩展且成本效益高的锂提取和生产方法的重要性。
目前，全球锂需求主要通过两种途径满足：开采锂辉石矿和从盐湖卤水中提取；以及通过回收废弃电池和电容器。然而，现有的商业方法在提取锂时需要消耗大量淡水，且生产周期长，对环境造成压力。
本研究解决了传统纳滤膜在高盐度环境下单价选择性差的问题，通过引入富含铵基团的聚电解质涂层来增强膜的选择性。这种涂层不仅增强了膜的单价阳离子选择性，而且在酸性条件下具有很好的稳定性，这对于从电池浸出液和盐湖卤水中有效回收锂具有重要意义。
研究方法
研究采用了实验和分子动力学模拟相结合的方法。实验部分包括膜的制备、表征以及在不同条件下的离子排斥测试。分子动力学模拟用于理解离子和膜功能团之间的相互作用。
膜制备过程
涂层膜的制备包括在传统的聚酰胺膜上通过共价结合的方式涂覆一层高交联、耐酸的聚电解质。这种聚电解质含有高密度的铵基团，专门设计用于增强对多价阳离子的电荷排斥。
主要结果和结论
涂层膜在提高水通量的同时保持了高离子排斥率，显著提高了锂的回收效率和纯度。在智利盐湖卤水和NMC电池浸出液的测试中，涂层膜显示出优异的锂回收性能和长期稳定性。
（来源：浙江省膜学会）
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